• Sonuç bulunamadı

3. ISITMA SİSTEMİ MODELİ

3.1. Su Debisi Simülasyonu

3.1.3. Su Debisi Modeline ait Parametrik Çalışmalar

Tasarım süreci boyunca testi yapılmış olan tasarımlara ait tasarım parametreleri girdi 862

olarak kullanılarak, 4 adet tasarım konfigürasyonuna ait sonuçlar paylaşılmıştır. Su 863

debisi modeli oluşturulurken, bu konfigürasyonlara ait sonuçların test sonuçlarıyla 864

tutarlı olması beklenmiştir. 865

36

Parametrik çalışmalarda ise, tasarım konfigürasyonlarında denenmemiş tasarım 866

parametreleri kullanılarak, farklı tasarım parametrelerinde sonuçların nasıl 867

değişeceği ve bu değişimlerin hidrodinamik açıdan tutarlılıkları irdelenmiştir. 868

3.1.3.1. Hortum İç Çaplarının ve Toplam Uzunluğunun Su Debisine Etkisi 869

Daha önceki tasarım konfigürasyonlarında, 12 mm’lik hortum iç çaplarının 38 870

mm’ye çıkarılması durumda su debisindeki değişim incelenmiştir. Bu parametrik 871

çalışmada ise, ara noktalarda denenecek hortum çaplarında nasıl bir değişiklik 872

olacağı incelenecektir. Daha tutarlı bir kontrol grubu oluşturmak amacıyla, 1 adet ısı 873

değiştirgeci için toplam hortum boyu 4 metre, 90 derecelik dirsek sayısı ise 0 olarak 874

alınmıştır. Dirsek sayısının sıfır alınmasının nedeni, hortum iç çaplarına göre 875

sistemdeki lokal kayıpların artması nedeniyle hortum iç çapının tek başına olan 876

etkisini ortaya koymayı zorlaştırmasıdır. Toplam hortum boyunun 4 metre olarak 877

alınmasıyla, 4 tasarım konfigürasyonuna ait ortalama hortum uzunluklarına göre bir 878

parametrik tasarım çalışması hedeflenmiştir. 879

880

Şekil 3.4: 4 Metre Hortum Uzunluğunda Farklı Hortum Çaplarına ait ΔP–Q Grafiği 881

Şekil 3.4’te, 4 farklı hortum iç çapına ait simülasyon grafikleri gösterilmektedir. 882

Hortum çapları sırasıyla 5, 10, 20 ve 40 mm olarak verilmiş olup, 20 mm’den sonra 883

hortum çapını artırmanın sistemin temel yapısını değiştirmekten ve su debisini 884

artırmaktan uzak olduğu görülmektedir. Bu durumun temel nedeniyse, ısı 885

değiştirgeci içinde 9,9 mm’ye düşen iç çapın, hortum iç çapı arttıkça sistemdeki 886

basınç kaybını yaratan temel unsur haline gelmesidir. 887

37

Çizelge 3.1’de görüleceği gibi, hortum çapı arttıkça ısı değiştirgeci içindeki basınç 888

kaybının sistemdeki toplam basınç kaybına oranı %4’ten %99,8’e kadar yükselmiştir. 889

Çizelge 3.1: 4 Metre Hortum Uzunluğunda Farklı Hortum Çaplarına ait Sonuçlar 890

Hortum Çapı (mm) L (m) Q (lt/sa) ΔP (bar) Hat ΔP ΔP exc ΔPexc/ΔP

5 4 192 0,917 0,880 0,037 0,040

10 4 820 0,878 0,413 0,465 0,529 20 4 1135 0,856 0,027 0,829 0,968 40 4 1153 0,854 0,002 0,852 0,998 891

Şekil 3.5’te tasarım parametresi olarak 40 metre girilen tasarım konfigürasyonu için, 892

aynı hortum iç çapları için sonuçlardaki değişim görülebilir. Her ne kadar, araçta 893

uygulanacak tasarımlarda toplam hortum boyunun 40 metre olması fiziken mümkün 894

olmasa da, özellikle hortum iç çapının 20 mm’den 40 mm’ye çıkarıldığı durumda, 4 895

metre hortum uzunluğuna göre daha ciddi bir değişim görülmektedir. Aynı şekilde, 896

hortum iç çapı 5 mm iken, hacimsel su debisinde daha düşük bir sonuç elde 897

edilmiştir. 898

899

Şekil 3.5: 40 Metre Hortum Uzunluğunda Artan Hortum Çaplarına ait ΔP–Q Grafiği 900

Bu durumun birinci nedeni, Denklem 3.3’te gösterildiği gibi toplam hortum 901

uzunluğunun hortumlardaki sürekli kayıplarla doğru orantılı olmasıdır. İkinci nedeni 902

ise, hatta oluşan toplam sürekli kayıplar içerisindeki ısı değiştirgecinin payının 903

hacimsel debi yükseldikçe yükselmesidir. 904

38

Çizelge 3.2’de görüleceği gibi, hortum çapı arttıkça yine hacimsel su debisi artmaya 905

devam etmiş, fakat hortum çapı büyüdükçe bu artış azalmaya eğilimi göstermiştir. 906

Çizelge 3.2: 40 Metre Hortum Uzunluğunda Farklı Hortum Çaplarına ait Sonuçlar 907

Hortum Çapı (mm) L (m) Q exc (lt/sa) ΔP (bar) Hat ΔP ΔP exc ΔPexc/ΔP

5 40 52 0,917 0,913 0,004 0,004

10 40 328 0,907 0,814 0,093 0,103 20 40 996 0,866 0,209 0,657 0,759 40 40 1147 0,855 0,010 0,844 0,987 908

Bu durumun nedeni, bir önceki 4 metrelik hortum uzunluğu konfigürasyonlarında da 909

olduğu gibi, ısı değiştirgeçleri içindeki sürekli basınç kaybının hortum içindeki 910

sürekli basınç kayıplarına oranla düşmemesidir. Çizelge 3.1’le karşılaştırıldığında, 911

Çizelge 3.2’de ısı değiştirgecindeki basınç kayıp oranı %0,4’ten %98,7’ye 912

yükselmiştir. 5 mm’lik 2 konfigürasyon arasında hacimsel su debisi 192 lt/sa’den 52 913

lt/sa’ye düşmüştür. Bu farkın nedeni, toplam hortum uzunluğunun 4 metreden 40 914

metreye yükselmesidir. 915

40 metrelik temel hortum içi sürekli kayıp çarpanı 4 metrelik konfigürasyona göre 10 916

kat daha yüksek olduğu için hacimsel su debisi sonuçları daha düşük çıkmıştır. 917

Ancak, hortum iç çapı yükseldikçe hortumlardaki sürekli basınç kayıpları 918

düştüğünden dolayı, hortum çapı arttıkça aradaki fark azalmış ve 40 mm hortum iç 919

çapı için aradaki fark %0,5’e kadar düşmüştür. Aynı hacimsel debi için akışkan 920

hızının çap oranlarının karesiyle doğru orantılı olarak değiştiği göz önünde 921

bulundurulacak olursa, bu durum beklentileri karşıladığı görülecektir. 922

Su debisi simülasyon sonuçlarına göre, 4 metre toplam hortum uzunluğu için 20 923

mm’den sonra hortum iç çapını yükseltmenin su debisini artırıcı bir etkisi yoktur. Bu 924

duruma rağmen, hortum iç çapı, toplam hortum uzunluğuyla beraber sistemdeki 925

toplam su hacmini belirleyen bir parametre olduğundan dolayı, ısıtıcı çalışma 926

rejimini belirleyen önemli bir parametredir. 927

3.1.3.2. Su Pompasının Su Debisine Etkisi 928

Daha önceki parametrik çalışmalarda, hortum çap ve uzunluğunun su debisine etkisi 929

incelenmiştir. Her ne kadar, düşük hortum uzunluklarında, çap artışının ciddi bir fark 930

yaratması söz konusu olmasa da, farklı çaplara ait basınç kaybı eğrileri hacimsel debi 931

39

arttıkça birbirlerinden farklılık gösterebilir. Bu durumun nedeni basınç kaybı 932

eğrilerinin tasarım konfigürasyonunun kendine özgülüğünden kaynaklanan sürtünme 933

faktörü arasındaki farklılıklardır. 934

Şekil 3.6’da mevcut pompaya ait ΔP – Q fonksiyonunun 2 katı ve yarısına ait farklı 935

pompa fonksiyonları 4 metre hortum uzunluğu için çizilen Şekil 3.6 üzerine mevcut 936

pompa fonksiyonuyla beraber çizilmiştir. 937

938

Şekil 3.6: Farklı Pompa Eğrileri için ΔP - Q Grafiği 939

Isı değiştirgeci içindeki boru iç çapının 9.9 mm olması nedeniyle, sisteme ait toplam 940

eğriler en çok bu değere yakın noktalarda etkilenmektedir. Bu nedenle, hortum iç 941

çapının 10 mm ve altında olduğu durumlarda, sistemdeki toplam basınç eğrisi 942

çaptaki değişimlere karşı daha duyarlı hale gelmektedir. Şekil 3.6’da görüldüğü gibi, 943

5 mm hortum çapında, toplam sürtünme faktörünün (f) çok büyük olmasından dolayı 944

sonuçlarda (5 mm’lik diğer sonuçlara göre) ciddi bir değişim gerçekleşmemiştir. Çap 945

artışıyla birlikte, hızla düşmeye başlayan toplam sürtünme faktörü, ısı değiştirgeci 946

içindeki iç çap ve hortum iç çapı arasındaki fark artmaya başladıkça düşüş hızını 947

düşürmüş ve sabit bir değere yaklaşmıştır. Bu durum çap farkları 20 ve 40 mm olan 948

sistem eğrilerinde de görülebilir. Denklem 3.3’te de belirtildiği gibi, basınç kayıp 949

eğrisinin toplam akışkan hızının karesiyle doğru orantılı olmasından ve tam çalkantılı 950

bölgede (complete turbulence) sabit bir değere ulaşan toplam sürtünme faktöründen 951

dolayı, eğri bir parabol gibi davranmaya başlayacaktır. Yüksek hortum iç çaplarında 952

40

düşen göreceli pürüzlülükten (ε/D) dolayı toplam sürtünme faktörü daha düşük 953

çıkacaktır. 954

Çizelge 3.3’te mevcut su debisine ait fonksiyonun kendisine, yarı değerine ve 2 955

katına ait su pompa fonksiyonlarına ait simülasyon sonuçları gösterilmektedir. 5 mm 956

hortum iç çaplı konfigürasyonlarda pompa fonksiyonuna göre hacimsel su debisi 957

yaklaşık %115’lik bir artışla 123 lt/sa’den 265 lt/sa’ye yükselmiştir. Hortum iç 958

çapları yükseldikçe bu artış sürse de kısmi bir düşüşe uğramış ve 40 mm hortum iç 959

çaplı konfigürasyonda yaklaşık %105’lik artışla, 794 lt/sa’den 1657 lt/sa’ye 960

yükselmiştir. 961

Çizelge 3.3: Farklı Su Pompaları için Su Debisi Simülasyonları 962

İç Çap (mm) L (m) Q (lt/sa) ΔP (bar) Q (lt/sa) ΔP Q (lt/sa) ΔP

5 4 123 0,461 192 0,918 265 1,828

10 4 527 0,449 820 0,878 1107 1,718 20 4 775 0,441 1135 0,856 1618 1,645 40 4 794 0,440 1153 0,854 1657 1,639 963

Matematiksel olarak ifade etmek gerekirse, bir parabolün ikinci dereceden çarpanına 964

ait katsayı olan sürtünme faktörünün daha küçük olduğu durumlarda basınç kaybı 965

eğrisi daha yavaş artacak ve bu durum sistemi pompa eğrilerindeki farklılıklara karşı 966

daha değişken hale getirecektir. Mühendislik uygulamalarında bu daha çok arzu 967

edilen bir durumdur zira, sisteme iyileştirme olarak değiştirilen su pompası böyle 968

durumlarda daha yüksek debi artışı sağlayacaktır. 969